这种三层阳光催化剂将绿氢产能提升800%

自2035年起，欧盟将禁止生产新的汽油和柴油汽车。预计电动机将在车辆中日益普及，但它们并不适用于所有类型的交通工具。

“乘用车可以使用电池，但重型卡车、船舶或飞机无法使用电池存储能量。对于这些交通工具，我们需要寻找清洁的可再生能源，而氢气是一个很好的候选者，”林雪平大学孙建武副教授表示，他领导了这项发表在《美国化学学会杂志》上的研究。

林雪平大学的研究人员正在开发可用于利用阳光中的能量从水 (H₂O) 中生产氢气 (H₂) 的材料。

该研究团队先前已证明，一种称为立方碳化硅 (3C-SiC) 的材料在促进水分解为氢气和氧气的反应方面具有有益特性。该材料能有效捕获阳光，从而利用其中的能量通过光化学水分解反应制氢。

在当前的研究中，研究人员进一步开发了一种新型组合材料。这种新材料由三层组成：一层立方碳化硅、一层氧化钴和一层有助于分解水的催化剂材料。

“这是一个非常复杂的结构，因此我们在本研究中的重点是理解每一层的功能及其如何帮助改善材料的性能。在水分解为氢气方面，这种新材料的性能比纯立方碳化硅提高了八倍，”孙建武说。

当阳光照射到该材料上时，会产生电荷，这些电荷随后被用于分解水。开发此类应用材料的一个挑战是防止正负电荷重新合并而相互中和。研究人员在研究中表明，通过将一层立方碳化硅与其他两层结合，这种被称为 Ni(OH)₂/Co₃O₄/3C-SiC 的材料能够更好地分离电荷，从而使水分解更有效。

目前，存在“灰色”氢气和“绿色”氢气的区分。市场上几乎所有的氢气都是由化石燃料（称为天然气或化石气）生产的“灰色”氢气。每生产一吨“灰色”氢气会导致多达十吨的二氧化碳排放，加剧温室效应和气候变化。“绿色”氢气则是利用可再生电力作为能源生产的。

林雪平大学研究人员的长期目标是能够仅利用太阳的能量驱动光化学反应来生产“绿色”氢气。目前正在开发的大多数材料的效率在1%到3%之间，但为了实现这项绿色氢技术的商业化，目标效率是10%。与目前使用的技术需要补充可再生电力相比，能够完全利用太阳能驱动反应将降低生产“绿色”氢气的成本。孙建武推测，研究团队可能需要大约五到十年的时间来开发达到梦寐以求的10%效率目标的材料。

该研究获得了瑞典国际研究合作与高等教育基金会（STINT）、Olle Engkvists Stiftelse、ÅForsk Foundation、Carl Tryggers Stiftelse 等机构的资助，并得到了林雪平大学瑞典政府先进功能材料（AFM）战略研究领域的支持。